土壤镉污染与防治综述
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1 土壤镉污染与防治综述
自本世纪20年代以来，随着电解锌生产的发展，镉的产量开始有明显的增加，同时由镉产生的污染随之而来，特别是自从60年代在日本的富山县神通川流域发现“骨痛病”从而确认土壤中的镉可以通过食物链传递进入人体并对人的健康产生危害以来，有关镉污染和毒害问题便引起了全世界的关注。
一、土壤的镉污染
镉在地壳中的含量较少，平均为0.15×10-6(mg/kg)。地球上没有单独的镉矿,常与锌共生,一般以Cds和CdCO3的形式存在于锌矿中。正常土壤含镉ω(Cd)(即土壤镉的质量分数）0.03×10-6(mg/kg)，通常不超过1.0×10-6。
土壤镉污染是指人类活动将镉加入到土壤中，致使土壤中镉含量明显高于其自然北景值含量，造成生态环境和环境质量恶化。外源镉进入土壤，造成土壤污染的途径：（1）冶炼、电渡、染料等工业废水未经处理，直接排放进入土壤。即此工业废水直接进入江、河、湖泊后，随地下水运动进入土壤，和人类农业生产上污灌进入土壤。（2）固体废弃物（污泥、垃圾等）直接排入土壤。即作为基肥施用进入土壤。（3）高含镉的农药和肥料的施用。（4）大气沉降物等。根据1995年7月，我国公布的土壤环境质量标准，确定如下：
2 项目 一级 二级 三级
自然背景值 PH<6.5 PH6.5~7.5 PH>7.5
PH>6.5
镉
mg/kg ≤0.20 0.30 0.30 0.60 1.0
那么,镉造成土壤污染的临界值为W（cd）〉1.0×10-6mg/kg。
（一）镉在土壤中的行为及其影响
镉在土壤中的形势包括：离子态、可交换态、吸附态、化学沉淀态和难溶络合态（或残留态）等，它们随环境条件的变动而互相转化，对植物起危害作用的主要是水溶态和交换态。
镉在土壤中的活性受土壤水份状况、温度、PH、CEC、DH及土壤中陪补阳离子的影响。土壤对镉的吸附量随土水系统中的PH的变化，可分为3个区域即PH6.0的强吸附与沉淀区，PH>6以上被吸附的镉中生物有效态镉量随PH升高而降低，水溶态镉随石灰用量增加而急剧减少，PH>7.5时94%以上的水溶态进入土壤,且PH>7.5时镉主要以粘土矿物和氧化物结合态及残留态形式存在,其是导致镉毒性降低的主要原因。近来研究还表明，随着土壤CEC的增大，镉的溶解性就越差，土壤吸持的镉也越多。土壤的氧化还原电位对镉的活性也有明显的影响。在土壤淹水时，由于物理、化学和微生物作用，土壤处于还原状态，土壤中的Fe3+、Mn4+和SO42-分别被还原成Fe++、Mn++和SO4--，结果生成FeO、 3 MnS等不溶性化合物而镉共沉淀，使镉向非活性方向发展。镉的活性还受土壤中陪补离子的影响，如水稻田中Fe3+含量高时，会使生物有效态镉含量增加，它们之间的反应为：< Fe3++CdS=2Fe2++S↓+Cd2+。
镉对土壤的影响是多方面的，它既可改变土壤的理化性状，又可抵制土壤微生物的繁殖和酶的活性，降低土壤中生化过程的速度。镉能明显地抑制土壤中N的矿化进程，其作用效果在各重金属元素中仅次于Hg和Cu。镉对土壤微生物三大菌的抑制效果是：细菌>放线菌>真菌，镉对酶的抑制效果也相当明显的。
二、镉在植物体内的行为及其毒害
植物吸收镉与吸收其他矿质养份一样，植物根系对镉的吸收也包括非代谢吸收和代谢吸收两种机制，非代谢吸收包括阳离子交换和扩散过程，阳离子交换是一个可逆过程，一部分被吸收的镉能被无镉溶液从根表皮的细胞壁上解吸下来，另一部分则结合成不可逆的大分子，扩散过程主要负责Cd2+的迁移，即Cd2+从细胞外穿过细胞壁进入细胞。代谢吸收则是依靠能量逆着浓度差进行。不同植物所采取的主要吸收机制并非完全相同，被根系吸收的镉通过木质部运输到植物的其他部位。植物对镉的吸收受多种环境因子的影响，包括相伴离子、温度、溶液浓度和组成成分，以及植株本身的年龄和营养状况等。在K+、Ca2+、Na+、Mg2+四种盐基离子中，对镉吸收影响程度的大小为Na
镉在植物体内的分布量通常是根>茎>叶>籽实，在人类种植的蔬菜中，对镉的富集里，叶菜>果菜>根菜。在叶菜类中，又以莴苣、苋菜、小白菜的富集作用较强。
镉是毒性最强的重金属之一，当植物组织中ω(cd)为10-6水平时，有些作物就会受害甚至减产，而且植物受害后表现明显的受症状，包括植物褪绿、矮化、物侯期延迟和生物产量下降，甚至死亡。
三、镉污染土壤的治理
土壤污染主要来自采矿、熔炼、镀锌等工业生产和大气中含镉粉尘的沉降。因此，要减轻镉对环境的污染，人类首先应采取的行动是对能带来的镉污染的工业生产采取预防措施或减少这类生产活动。由于镉对动植物都有很强的毒性，且易通过食物链进入人体，因此受严重镉污染的土好弃之不用，但对中轻度污染的土壤，根据镉在土壤中的特性，采取适当的措施是完全可以减轻甚至消除其毒害的。近年来国内外采用的土壤重金属污染治理方法按治理方式、工程措施、改良措施、农业措施及生物措施。
（一）工程措施 翻耕、客土与换土
翻耕是把污染重的表层翻到下层，而把污染轻 下层翻为表层。显然，如果底层的污染同样较严重翻耕是不会有什么效果的。客土 5 是指在污染土壤上覆盖一层净土，换土则是先将受污染的表土挖走，然后再填入同等厚度的新土。无论是翻耕、还是客土或换土，都必须要掌握好土层厚度，处理土层太厚，工作量太大，劳民伤财；处理土层太薄，效果不佳，通常以处理30cm深的土层为宜。一般来说，这3种方法以换土效果最好，但采用换土措施会带来如何处置被挖掘的受污染土壤的问题，处理不好，就很可能导致二次污染，由于这类物理措施都需要大量的人力物力，通常它们只用于污染较重的土壤。
（二）改良措施
1、提高土壤PH
镉的活性明显受深液酸度的影响，PH越高，其活性越弱，当土壤PH达7时，有效镉的浸出率就降到5%左右。因此，在受镉污染的土壤中施用石灰性物质，如氢氧化钙、碳酸钙、硅酸钙等来提高土壤PH，即可有效地降低镉的活性，石灰、硼泥、硫酸锌、过磷酸、氮肥5种Cd土改良剂中，以石灰效果最好。例如，在采用石灰+Ca,Mg,P肥来改良被镉污染的土壤，可使水稻、小麦和玉料籽实中的含镉量分别下降温55.9%、34.6和21%
2、调节土壤Eh
旱改水或淹水栽培是降低土Eh，使土壤处于还原状态的有效措施，从而保证镉变成无机盐沉淀和低有效性状态。当然，含硫少的酸性土壤，施用石灰硫黄合剂，既可降低土壤酸度，又可保证在还原条件下产生更多的S—来生成CdS沉淀。
（三）农业措施 6 1、增施有机肥
土壤有机质对镉等多种重金属都有不同程度的吸附作用，有机质增加可提高土抗重金属污染的能力。因此，施用有机肥，一方面能提高土壤肥力，改良土壤性状。另一方面又可较好地减轻镉的生物毒性。但有些有机肥，如垃圾堆肥，本身就含有一定量的重金属，施入土壤可能反而会使植物体内的金属含量增加，这时可在肥料中拌施CaCO3以降低其活性。
2、选择合适形态的化肥
肥料的不同形态对土壤镉溶解度的影响，特别是在根际土溶解度，产生明显差异。我们可以利用这种差异，减少镉对植物体的污染，而且化肥是现代农作物种植业不可缺少的，只要选购合适形态的化肥用于污染土壤便能实现污染治理，因此比较经济易行。
3、选种抗污染农作物品种
改种吸收污染物少或食手部位污染物累积少的作物。研究表明：菠菜、小麦、大豆吸镉量多，不宜种植；而玉米、水稻吸镉较少。在中、轻度重金属污染的土壤上，不种叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果蔬菜或果树等，能有效地降低农产品的重金属浓度。
（四）生物措施
在受污染的土壤上种植抗污染且能富集镉的植物，经过长时间吸收后，土壤的镉含量便会渐渐降下来，这类高富集植物包括一些野生蕨类，如Asplenium yokoscence叶片的ω（Cd）可高达1230mg/kg；又如十字花科遏蓝菜属的Thlaspi caerulescens可使体内的ω（Cd）高达5000-7000 mg/kg。不过，采用这种栽培对镉 7 具有富集特性的植物作为土壤排污的措施往往需要几年甚至更长的时间，这是不经济的，通常，对污染不重的土壤，办法之是是种植对镉有一定耐性的经济作物或植物造林。例好污染稻田种植苎麻后，土壤镉含量降低27.6%。虽然降幅不算大，但不影响生产和收益，而且避免了通过食物链污染来危害人类。总之，采用生物措施必须要注意不能造反可食部分能富集镉的植物，当然最好不要种植粮食作物、蔬菜或果树之类。
（五）其他措施
使土壤中的重金属形成难溶性的化合物，即可降低其毒性，如增施正磷酸化合物，既可提高土壤中磷的含量，又可与镉作用生成磷酸镉的沉淀。Zn2+ 、Mn2+、Ca2+等多种阳离子对Ca2+具有拮抗作用。因此在土壤中培加这些阳离子的量时（如增施含这类金属元素的肥料），就可减少植物对镉的吸收，如锌的添加量为100kg/hm2时，即可使植物对镉的吸收明显减少。此外，由于铁盐（如氯化铁）使镉易变成可溶状态而淋失，因此施用铁盐并结合用水淋洗对消除土壤镉污染也能起到一定的作用。
参考书目:
1、朱祖祥主编：《土壤学》1983
2、中国土壤学会组篇 鲁如坤等《土壤农业化学的分析方法》 8 3、李永涛等《土壤重金属污染治理措施综述热带亚热带土壤科学》1997.6.2
4、陈怀满等《中国土壤重金属污染现状与防治对策》《人类环境杂志》1999.28
5、汪雅各等《蔬菜重金属低富集轮作》《上海农业学报》1990.6
6、李花粉等《铁对不同品种水稻吸收Cd的影响》《应用生态学报》1998.9
7、曾晓舵《不同形态的肥料对菜心吸收镉的影响》
《热带亚热带土壤科学》1997.6
8、郑春荣等《红壤中重金属污染的植物效应》
9、廖敏等《PH对镉在水土系统中的迁移和形态的影响》《环境科学学报》1999.1
10、张格丽等《国内外农业镉污染研究现状及其发展趋向分析》《农业环境保护》1997.16
11、夏汉平《土壤植物系统中的镉研究进展》《应用与环境生物学报》1997.3
12、岳振华等《菜园土中重金属和氟的迁移累积及蔬菜对重金属的富集作用》《湖南农学院学报》1992.12
